（食品科学专业论文）强静磁场对小鼠主要表观和生理指标的影响.pdf

上海大学烦，i j 学位论文 原创性声明 | l l l l l y 1 7 4 1 4 岑 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：蓝整慨泣蟛 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) i i 上海大学工学硕士学位论文 强静磁场对小鼠 主要表观和生理指标的影响 姓名：陈莹 导师：翁新楚教授 学科专业：食品科学 上海大学生命科学学院 2 0 10 年5 月 j ：海大学硕士学垡笙奎 一 - _ - _ - - _ - _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ - - 一一 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os h a n g h a iu n i v e r s i t yf o rt h ed e g r e e o fm a s t e ri ne n g i n e e r i n g e f f e c t so nm a j o ra p pa r e n ta n d p h y s i o l o g i c a l i n d e xo fm i c ea f t e r s t r o n g s t a t i cm a g n e t i cf i e l de x p o s u r e m s c c a n d i d a t e ：c h e ny i n g s u p e r v i s o r ：p r o f w e n gx i n c h u m a j o r ：f o o ds c i e n c e s c h o o lo f l i f es c i e n c e s s h a n g h a iu n i v e r s i t y m a y , 2 0 1 0 i v 上海犬学硕士学位论文 摘要 本研究以昆明种小鼠为实验材料，首先采用1 2t 强静磁场照射小鼠，研 究照射后小鼠行为、子代、寿命三个表观指标变化，发现强静磁场对它们影响 存在较大不确定性，其中最显著结果有：经1 2t 强静磁场照射2h 后，小 鼠立即出现直立抑制( 直立减少7 3 8 5 ) 、极显著旋转等不良反应，随后出现 持续1 0d 条件味觉厌恶反应，表明强静磁场照射对小鼠前庭系统产生不良影 响，而后续y 迷宫和m o r r i s 水迷宫实验证明该不良影响并未对小鼠学习记忆 能力产生副作用。经1 2t 强静磁场连续照射9d ( 2h d ) 后的母鼠，无论是 先受孕再照射的即时效应组还是先照射再受孕的滞后效应组，均发现个别子代 小鼠出现尾部末梢坏死，不能排除强静磁场对子代小鼠具有致畸效应。经 1 2t 强静磁场连续8 周每周照射1 2h 后，小鼠寿命显著缩短，照射组最长寿 命为7 8 周，而对照组为9 8 周。 研究4t 、8t 、1 2t 强静磁场照射对小鼠体内抗氧化能力的影响，发现强 静磁场对活性中心为磁性金属的超氧化物岐化酶( s o d ) 和过氧化氢酶( c a t ) 具有抑制作用，对于谷胱甘肽过氧化物酶( g s h p x ) 无显著影响。随着照射 强度和时间的增加，对s o d 和c a t 活力抑制趋势加大，其中经1 2t 照射1 2h 后，肝脏s o d 和c a t 活力分别下降了3 4 9 5 和4 0 4 4 脏0 0 5 ) 。同时，经 连续9d ( 2h d ) 1 2t 强静磁场照射母鼠，其子代小鼠s o d 和c a t 活力出现 不同程度下降，即时效应照射组子代小鼠肝脏c a t 活力下降2 1 8 0 ( p 0 0 5 ) ， 推测强静磁场主要通过调节s o d 和c a t 活力来影响小鼠抗氧化能力。 研究4t 、8t 、1 2t 强静磁场照射后对小鼠免疫功能影响，发现经照射小 鼠脾淋巴细胞增殖率有所提高，且这种提高与照射强度和时间呈正比。其中， 经1 2t 照射8h 、1 2h 后，小鼠脾淋巴细胞增殖率上升1 6 2 1 和2 2 1 2 ( p o 0 5 ) 。同时，经1 2t 强静磁场照射的母鼠，其子代小鼠淋巴细胞增殖率 显著上升，即时效应和滞后效应的照射组分别上升1 9 3 8 和2 0 0 7 ( p o 0 5 ) 。 综上，强静磁场照射对小鼠主要表观和生理指标的影响具有双向性，既有 正效应也有负效应，经照射后小鼠免疫功能得到提高，而对于小鼠前庭系统、 致畸性、寿命以及抗氧化能力产生的负面效应，应得到充分重视。 关键词：强静磁场；前庭系统；寿命；抗氧化能力；免疫功能 v 上海人学硕上学位论文 a b s t r a ct i nt h i ss t u d y , k u n m i n gm i c ew e r eu s e da st h ee x p e r i m e n t a lm a t e r i a l f i r s t ，m i c e w a se x p o s e dt o12t s t r o n gs t a t i cm a g n e t i cf i e l d ( s s m f ) t os t u d yt h r e ea p p a r e n ti n d e x ( b e h a v i o r , o f f s p r i n ga n dl i f e s p a n ) c h a n g e so ft h e m i tw a sf o u n dt h a t ，t h e r ea r eb i g u n c e r t a i n t i e so ft h e s et h r e ea p p a r e n ti n d e x t h em o s ts i g n i f i c a n tr e s u l t sa r e ：a f t e r 2he x p o s u r et o12ts s m fo nm i c e ，r e a r i n gw a ss u p p r e s s e d ( d e c r e a s e7 3 8 5 ) a n d c i r c l i n gw a si n d u c e di m m e d i a t e l ya n df u r t h e r m o r e , as u s t a i n e d10 dc o n d i t i o n e dt a s t e a v e r s i o nw a sa p p e a r e d t h e s er e s p o n s e si n d i c a t e dt h i se x p o s u r ei n d u c e db o t h i m m e d i a t ea n ds u s t a i n e di m p a c t so nt h ev e s t i b u l a rs y s t e mo fm i c e h o w e v e r , ym a z e a n dm o r r i sw a t e rm a z et e s t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ev e s t i b u l a rs y s t e md i s o r d e rd i dn o t a f f e c tt h el e a m i n g - m e m o r yc a p a b i l i t yo fm i c e a f t e rc o n t i n u o u s9de x p o s u r e ( 2 h d ) t of e m a l em i c e ，i nb o t hi n s t a n te f f e c tg r o u pa n dl a g g e de f f e c tg r o u p ，v e r yaf e w o f f s p r i n gm i c e st a i l sw e r en e c r o t i z e d ，s ot h a tat e r a t o g e n i ce f f e c ta f t e re x p o s u r ec o u l d n o tb er u l e do u t a f t e r8w e e k sc o n t i n u o u s1 2ts s m fe x p o s u r e ( 1 2h w e e k ) t o n a t a lm i c e ，s i g n i f i c a n tl i f e s p a ns h o r t n e s sw a sf o u n di nt h ee x p o s u r eg r o u p i nt h e e x p o s u r eg r o u p ，t h el o n g e s tl i f ee x p e c t a n c yw a s7 8w e e k s ，w h i l ei nt h ec o n t r o lg r o u p w a s9 8w e e k s i tw a sf o u n dt h a ta c t i v i t i e so fs u p e r o x i d ed i s m u t u s e ( s o d ) a n dc a t a l a s e ( c a t ) w h i c hc o n t e n t sm a g n e t i cm e t a la c t i v es i t e sw e r ei n h i b i t e ds i g n i f i c a n t l ya f t e r4 8z 12ts s m fe x p o s u r e ，w h i l et h e r ew a sn os i g n i f i c a n te f f e c to nt h ea c t i v i t yo f g l u t a t h i o n ep e r o x i d a s e ( g s h p x ) w h i c hw a sw i t h o u tam a g n e t i cm e t a la c t i v es i t e a s t h ei n c r e a s eo fs s m fi n t e n s i t ya n dt i m e ，t h ei n h i b i t o r i e so fs o da n dc a tw e r e i n c r e a s e ds t i m u l u s ，a c t i v i t i e so fs o da n dc a ti nl i v e rw e r ed e c r e a s e d3 4 9 5 a n d 4 0 4 4 ( p 0 0 5 ) a f t e r81 l ，1 2he x p o s u r eo f12ts s m em e a n w h i l e ，a f t e r9d e x p o s u r e ( 2h d ) o f12ts s m fo nf e m a l em i c e ，s o da n dc a t a c t i v i t i e si nt h e i r o f f s p r i n gw e r ea l s os u f f e r e dd i f f e r e n td e g r e e so fd e c l i n e , a c t i v i t yo fc a t i nl i v e ro f i n s t a n te x p o s u r eg r o u pw a sd e c r e a s e d21 8 0 ( p 0 0 5 ) ，s u g g e s t i n gt h a ts s m fm a i n l y a f f e c t st h ea n t i o x i d a n ta b i l i t yo fm i c et h r o u g hr e g u l a t i n gt h ea c t i v i t i e so fs o da n d c a r v i 上海人学硕： 学位论文 s t u d yo nt h ei m m u n ef u n c t i o no fm i c ea f t e r4z8 1 2ts s m fe x p o s u r ew a s f o u n dt h a t ，t h es p l e e nl y m p h o c y t ep r o l i f e r a t i o nw a si n c r e a s e d ，a n dt h i si n c r e a s e d e m o n s t r a t e sap o s i t i v er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n t e n s i t ya n dt i m eo fs s m f a f t e r8h a n d12he x p o s u r eo f12ts s m f , t h es p l e e nl y m p h o c y t ep r o l i f e r a t i o no fm i c ew e r e i n c r e a s e d16 21 a n d2 2 12 ( p 0 0 5 ) m e a n w h i l e ，t h eo f f s p r i n g ss p l e e n l y m p h o c y t ep r o l i f e r a t i o n ，w h o s em o t h e rw e r ea c c e p t e d9de x p o s u r e ( 2h d ) o f12t s s m f , w a sa l s oi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ( 19 38 i n i n s t a n tg r o u p ，2 0 0 7 i nl a g g e dg r o u p ) i ns u m m a r y , t h e r ew e r et w o - s i d ee f f e c t so fs s m f e x p o s u r eo nt h em a j o ra p p a r e n t a n dp h y s i o l o g i c a li n d e xo fm i c e ，b o t hn e g a t i v ee f f e c t sa n dp o s i t i v ee f f e c t sw e r ef o u n d i nt h i ss t u d y a f t e rs s m fe x p o s u r e ，t h ei m m u n ef u n c t i o nw a si m p r o v e d ，w h i l e n e g a t i v ee f f e c t so fv e s t i b u l a rs y s t e m , t e r a t o g e n i c i t y , a n dl i f e s p a na n da n t i o x i d a n t a b i l i t yo fm i c es h o u l db eg i v e na d e q u a t ea t t e n t i o n k e yw o r d s ：s t r o n gs t a t i cm a g n e t i cf i e l d ；v e s t i b u l a rs y s t e m ；l i f e s p a n ；a n t i o x i d a n t a b i l i 坝i m m u n ef u n c t i o n v 上海大学硕一l j 学位论文 目录 摘要v a b s t r a c t v i 目蜀乏v i i i 第一章前言l 1 1磁场概述1 1 1 1磁场i 1 1 2磁场分类l 1 2磁场生物效应2 1 2 1磁场生物效应概述。2 1 2 2磁场生物效应的作用2 1 2 3静磁场生物效应的研究进展。4 1 3本研究的意义和设计7 1 3 1研究意义7 1 3 2强静磁场的获得。8 1 3 3 研究内容线路图。9 第二章1 2t 强静磁场对小鼠表观指标的影响i o 2 1概述：lo 2 1 11 2t 强静磁场照射对小鼠行为学的影响1 0 2 1 21 2t 强静磁场照射对子代小鼠的影响1 l 2 1 31 2t 强静磁场照射对小鼠寿命的影响1 l 2 2 材料与仪器1 2 2 3方法12 2 3 11 2t 强静磁场照射对小鼠行为学的影响1 2 2 3 21 2t 强静磁场照射对于代小鼠的影响1 5 2 3 31 2t 强静磁场对小鼠寿命的影响1 6 2 3 4统计学处理1 6 2 4结! 裂16 2 4 i1 2t 强静磁场照射对小鼠行为学的影响1 6 2 4 21 2t 强静磁场照射对子代小鼠的影响2 0 2 4 31 2t 强静磁场对小鼠寿命的影响2 3 2 5讨论：! z l 第三章强静磁场对小鼠体内抗氧化能力的影响。2 8 3 1概述。2 8 3 2 材料和仪器2 9 3 3 方法2 9 3 3 1 强静磁场照射方式2 9 3 3 2 超过氧化物岐化酶( s o d ) 的测定3 0 3 3 3 谷胱甘肽过氧化物酶( g s h p x ) 水j 测定3 l 3 3 4 过氧化物酶( c a t ) 的测定3 2 v i i i ：海人学硕 ：学位论文 3 3 5 总抗氧化能力( t - a o c ) 的测定3 3 3 3 6 丙二醛( m d a ) 含量的测定3 4 3 3 7 组织蛋白含餐的测定3 5 3 3 8 统计学处理3 5 3 4 结! 1 3 3 5 3 4 1不同强度强静磁场对小鼠肝脏、肾脏抗氧化能力影响3 5 3 4 21 2 t 强静磁场对子代小鼠肝脏、肾脏抗氧化能力的影响4 0 3 5讨论4 3 第四章强静磁场对小鼠免疫功能的影响4 6 4 1 概述。4 6 4 2 材料和仪器4 6 4 3 方法4 7 4 3 1 4 3 2 4 3 3 4 3 4 4 3 5 4 4 试剂配制4 7 强静磁场照射方式4 8 小鼠胸腺指数和脾指数的测定4 8 小鼠脾淋巴细胞增殖活性的测定4 8 统计学处理4 9 结果4 9 4 4 1不同强度强静磁场对小鼠免疫功能的影响4 9 4 4 2 1 2t 强静磁场对子代小鼠免疫功能的影响5 l 4 5 讨论5 ：! 第五章全文结论及创新点5 4 5 1全文结论5 4 5 2创新点5 5 参考文献5 6 作者攻读硕士学位期间公开发表的学术论文6 2 致谢。6 3 i x j ：海大学硕上学位论文 1 1 磁场概述 1 1 1磁场 第一章前言 磁场是磁体、电流、运动电荷、变化电场周围空问存在的一种特殊形态物 质，可对在其中运动的电荷施加作用力，从而显现一系列磁现象。磁场既看不 见，又摸不着，具有波粒辐射特性。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷 的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。 人们认识磁场是从认识磁现象丌始的，作为最早被人类认识的物理现象之 一，磁场广泛存在于宇宙中，星系之间、星球之间、星球内部均存在不同强度 特征的磁场。其中，人类居住的地球，其表面本身就是一个巨大的磁场，被称 为“地磁场 ( g e o m a g n e t i cf i e l d ) 。地磁场是一个均匀磁化的球形磁场，在地 面两极附近还不到1 高斯( g s ) ，其平均强度也仅为0 5g s ，目前国际上通用 的磁场强度单位是特斯拉( t ) ，1 g s = 1 0 4 t ，也就是说，地磁场强度用特斯拉 表示为5 l o 弓t 。由此可见，地磁场是一种非常弱的磁场，但正是这种非常 弱的磁场，却对地球上的生物和人类进化起到了至关重要的作用【l 】。 随着现代科学技术和人类生活的进步，磁场的应用越来越多，电磁机电设 备、核磁共振、磁性材料、金属冶炼工艺、磁悬浮列车等，都无不应用到磁场。 1 1 2磁场分类 按磁场的强度和方向不同，可以将磁场分为以下四类： 静磁场：磁场强度和方向保持不变的磁场，如铁磁片和通以直流电的电磁 铁所产生的磁场。 交变磁场：磁场强度和方向在规律变化的磁场，如工频磁疗机和异极旋转 磁疗器产生的磁场。 脉动磁场：磁场强度有规律变化而磁场方向不发生变化的磁场，如同极旋 转磁疗器、通过脉动直流电磁铁产生的磁场。 上海大学顶：l j 学位论文 脉冲磁场：用间歇振荡器产生间歇脉冲电流，将这种电流通入电磁铁的线 圈即可产生各种形状的脉冲磁场。脉冲磁场的特点是间歇式出现磁场，磁场的 变化频率、波形和峰值可根据需要进行调节。 其中，静磁场又称为恒定磁场，而前述交变磁场、脉动磁场、脉冲磁场， 则属于动磁场。与后三种磁场不同，静磁场是唯一磁场强度恒定不变且方向一 致的磁场，前面提及的地磁场就是一个大的静磁场。这也决定了处在静磁场中 间的物体，会表现出与其他三种磁场不同的性质。 1 2 磁场生物效应 1 2 1磁场生物效应概述 许多实验观测表明，生物所处的环境磁场( 如地磁场) 和用人工方法对生 物施加的外磁场，均可对生命活动产生影响，并且这些影响还与所处环境磁场、 外加磁场的强度以及是否随时间变化等因素有关。不同的外加磁场对不同生物， 既可产生有益作用，也可产生有害作用。关于磁场的生物效应，准确的定义应 该是：当人为改变生物体周围磁场时，破坏了生物体原来的磁平衡状态，产生 一系列生理或心理变化，称为磁场生物效应。 1 9 9 7 年世界卫生组织( w h 0 ) 组织的“国际静态和低频电磁场生物效应及 健康危害会议上，专家们认同了需要评估暴露在静磁场或交变磁场的环境中 可能引起健康问题的报告，并指出在健康风险的判断上的研究还存在缺口【l 】。 1 2 2 磁场生物效应的作用 磁场生物效应受生物体和磁场之间作用的变化而有所不同，其主要来源有： 天然生物电场产生的磁场，这部分磁场主要由生物电流活动产生，这些生物 电流主要指体内液体流动，切割磁感线时形成的微电流，包括心磁场、脑磁场 和肌磁场；生物材料产生的磁场，由于生物组织材料具有一定磁性，在地磁 场及其它外磁场作用下会产生感应场，如肝磁场和脾磁场等；o 外源强磁场物 质产生磁场，这类磁场主要是指侵入体内含铁磁性粉尘在外磁场作用下被磁化 2 上海大学硕一l ：学位论文 产生的生物磁场，主要包括肺磁场和腹部磁场。 上述生物磁场，在j 下常环境中处于动态平衡，但当生物体周围磁场发生人 为改变时，或多或少都会破坏生物体原有的磁平衡状态。此时，生物体会出现 某些应激反应，如果这种磁场环境变化过于激烈，也许会导致生物组织在形态、 结构、功能等不同层面发生改变【2 1 ，由此带来的生物组织微观变化包括【3 4 】： 极化或磁化细胞或生物大分子，一定程度改变生物大分子的构相，从而 使酶活性发生变化。 改变生物体内水的结构及其缔合状态，促进生物的生理特性发生变化。 改变生物膜通透性，使生物膜两侧的离子分布和电位发生变化。 破坏核酸、蛋白质等分子的化学键，改变分子氢键键合方式，导致发生 遗传变异。 这些分子层面上的变化所带来的对生物体宏观影响主要包括下面几类： 磁场对生物体自由基的影响。关于磁场对生物体自由基的影响的研究是 磁场生物学效应研究的一个主要方向。其原因在于自由基这种外侧轨道含有一 个或多个未配对电子的分子、原子、离子或基团，其自身具有极活泼的化学活 性【5 1 。同时，因为自由基具有顺磁性【6 1 ，这决定了这些带电荷微粒在磁场作用 下会发生一系列的生物变化，表现出与常规不同的性质。另外，自由基是生物 体许多种代谢过程中形成的副产物，主要包括超氧自由基、羟基自由基和过氧 化氢。这些自由基的存在会作用于细胞间信号传导通道、基因表达、抗炎症反 应、细胞生长、分化、生殖以及应激等方面【7 - 8 1 。 磁场对神经系统的影响。目前磁场对神经系统的影响研究比较多【9 1 。大多 研究重点集中在磁场对中枢神经系统功能【1 0 1 l 】、神经细胞生存凋亡【1 2 1 、缓解疼 痛【1 3 1 、神经突触生长f 1 4 】等方面。并由b a r k e r 等学者在1 9 8 5 年首先创立了颅磁 刺激( t r a n s c r a n i a lm a g n e t i cs t i m u l a t i o n ，t m s ) 这种作用于大脑皮层的无创电磁 感应生理技术。其主要工作原理是向置于头颅表面的一个绝缘线圈通以电流， 随着线圈中电流的改变，会产生可以穿过高电阻物质的磁场。当改变电流强度 时，磁场强度也会发生改变，这样就会在神经组织中产生一个电场梯度，继而 产生感应电流。正是这些感应电流干扰或促进神经细胞的功能【15 1 。j i a n g 等【1 6 】 证明孕鼠经静磁场照射后子代小鼠在特定年龄出现了空间认知缺陷。 j ：海大学硕： ：学位论文 磁场对细胞的影响。目前学者们趋向于认为是磁场对细胞膜的作用，引 发了经磁场照射后细胞的一系列变化，原因是电磁场可以使细胞表面的蛋白分 子发生电泳作用，从而改变了细胞膜上电荷的原始分布，从而调节了信号转导 系统，最终导致细胞的生物学改变【17 1 。r o s e n 等【1 8 1 发现g h 3 的钙离子含量水平 与其暴露在o 5 t 磁场中的时间存在依赖性关系。c h i u 等【l9 】还发现静磁场可以 通过增加细胞膜强度来促进成骨样细胞的分化。 磁场对生殖健康的影响。关于这方面的研究，目前存在很大争议，根据 磁场类型，强度和作用时间的长短，所得到的研究结果存在很大的差异。o h n i s h i 等【2 0 】发现2 周5 0h z 工频磁场照射对小鼠繁殖和发育没有重大影响；而a i i l a i a 掣2 l 】研究发现经1 2 8m t 静磁场连续3 0d 进行每天1h 照射后，w i s t a r 大鼠睾 丸和血浆内的睾丸酮含量下降。静磁场对孕期动物及其子代的影响研究主要集 中在其对胚胎发育和致畸效应等方面【2 2 1 。研究表明静磁场照射孕鼠其子代畸形 率升高【2 3 1 及子代尾长变短【2 4 1 ，然而m u r a k a m i 等【2 5 】研究却发现用6 3t 静磁场 照射孕鼠对其子代无显著致畸效应。 磁场对免疫功能的影响。杨智民【2 6 】对南昌电网和赣西电网高压输电线路 工作人员免疫功能进行统计学研究发现，长期暴露于极低频电磁场环境下对人 体免疫系统有一定的影响；而y a m a g u c h i 等【2 7 】研究发现小鼠经o 2 5t 脉冲磁场 照射后，肿瘤重量显著下降，脾组织中t n f q 和i l 2 因子明显增加，表明磁 场照射可以激活免疫功能从而使肿瘤重量下降。 1 2 3静磁场生物效应的研究进展 随着科技的发展，静磁场应用领域越来越广泛，如磁悬浮列车，核磁共振， 强静磁场冶炼的广泛应用大大增加了人们暴露在静磁场环境中的机会，特别是 1t 以上的强静磁场的应用领域越来越广泛【2 8 2 9 】。一般而言，lt 以上的静磁场 被称为强静磁场，在此高强度静磁场中，生物体出现的生物效应极可能不同于 在1t 以下弱静磁场的生物效应。现在m r i 装置中静磁场强度达8t 【3 0 l ，并已 经应用到人体成像中，而1 1 4t 已经应用到动物成像中【3 1 1 。然而，与已经得到 大量文献报道了生物体长期处于电磁场环境中可能引起不良反应，并获得较为 一致的负效应结论【3 2 。3 3 】不同，关于静磁场生物效应的研究还非常少。w h o 及 4 i ：海人学顾l ：学位论文 相关机构于2 0 0 4 年4 月在英国举行的静磁场应用安全性研究会议及相关报告指 出，目前关于静磁场生物学效应的研究还很少【3 4 1 ，并且现阶段人们更加关注的 是由强静磁场应用带给人类的很多便利和好处，比如冶炼行业的进步、高能物 理设备研发以及高静磁场强度带来的m r i 更好造影效果等【2 引。这些都让人们在 享受强静磁场带来的科技进步同时，增加了暴露于强静磁场下的可能性。 目自订关于静磁场生物学效应的研究数据还较少，以至于这些数据的公信力 不足，且研究所涉及主题也比较少，这导致了现在对于静磁场生物学效应还没 有定论，也没有确定的量效关系和防护标准【3 5 1 。现阶段主要从体外细胞水平、 体内动物水平和流行病学研究三个层面对静磁场生物学效应进行研究： 1 2 3 1 静磁场的体外细胞水平生物效应 关于静磁场对体外细胞水平效应的研究，主要集中在细胞生长与存活、细 胞周期分布及形态、离子通道、突变及微核诱导生成、原癌基因和细胞应激蛋 白的表达以及细胞的向磁性这几大方面【3 6 】。 n a k a h a r a 等【3 7 1 发现单独照射静磁场，无论磁场强度如何都不会对c h o k 1 细胞的生长、增殖、周期分布和凋亡造成影响。s a t o 等【3 8 】发现经1 5t 强静磁 场持续照射9 6h 的h e l a 细胞在增殖和形态上并无影响，并推测预示这种照射 对细胞骨架并没有影响。 与上述报道的关于细胞生长的阴性结果相反，另外一些关于经静磁场照射 细胞d n a 的研究提示了更多的阳性结果： n a k a h a r a 等吲还发现虽然单独照射静磁场不会诱导c h o k 1 细胞产生微 核，但若在1 8h 静磁场照射之前对细胞实行1 4g v 的x 射线照射，c h o k 1 细胞与单独照射x 射线组相比其微核生成数量有很大增加。这暗示了静磁场对 经其他d n a 损伤因子( 如x 射线等) 处理细胞具有潜在d n a 损伤作用，并推 测这可能是因为静磁场照射阻碍d n a 损伤修复造成的。i k e h a t a 等【3 9 】发现独立 的5 t 强静磁场照射对大肠杆菌不会造成d n a 损伤，而当这种照射与化学烷化 剂联合作用于大肠杆菌，将会造成突变。此外，z m y s l o n y 等【柏】发现分别用7m t 静磁场或氧化剂( 氯化亚铁) 处理大鼠淋巴细胞不会对其造成d n a 损伤，而 将二者联合使用时则会造成了d n a 损伤上升了2 0 。有些研究采用w e s t e r n b l o t 技术对静磁场照射后细胞原癌基因相关蛋白水平表达进行了研究。h i r o s e 5 ：海人学顾l ：学位论文 等发现经l ot 的匀强静磁场照射的h l 6 0 细胞，其中c j u n ，c f o s 和c - m y e 的蛋白表达不受影响。然而，在磁场梯度为4 1 7t m ，磁场强度为6t 的非匀 强静磁场中，c j u n 的表达有显著升高，而c f o s 和c m y c 的表达量不变。这种 现象在至少2 4h 磁场照射后才会出现。1 w a s a k a 等【4 2 】报道了经1 4t 强静磁场6 0 h 的培养，平滑肌细胞的纵轴会定向朝着磁通量方向排列。 1 2 3 2 静磁场的动物水平生物效应 动物实验的优点在于可以全方位反映整个机体功能对于可能出现的潜在健 康影响，而其缺点则在于动物的代谢、生理、寿命等于人类之间并不存在明确 的定量关系，这导致准确用动物实验数据来衡量人类健康风险的难度增加【4 3 1 。 关于静磁场对动物水平生物效应的研究，主要集中在神经生理及行为学、 心血管效应、生殖与发育、遗传毒性三个方面。 对于静磁场照射后的神经生理效应，研究主要集中在对其中离子通道功能 上。首先，理论上来说，n a + 通道电导率下降的理论阈值是2 4t ，这是因为更 重的元素需要更大的磁场来作用【4 4 1 ；其次，1 2t 静磁场下，离子通道缺乏传 导速率【4 5 - 4 6 ；最后，1 2 0m t 静磁场照射与离子通道活化存在时间一致性【4 7 1 。神 经行为学方面，h o u p t 等【4 8 5 1 1 发现4 1 9 4t 超导静磁场3 0m i l l 照射后大小鼠均 出现诸如直立行为抑制、旋转以及持续7d 的条件味觉厌恶等反应，这些反应 与在实施前庭干扰术动物身上出现的现象相一致；同组的s n y d e r 等【5 2 】也发现用 9 4 t 的强磁场照射3 0 m i n 可诱导大鼠前庭内侧核等的c f o s 表达量上升。 关于静磁场照射后的心血管效应，主要分为急性和慢性两种。首先已有若 干实验室证明了1 0 0m t 的静磁场就可以诱导心脏周围流体产生急性势能【4 5 , 5 3 】。 另外，慢性效应例如在lm t 静磁场照射的皮下血流、动脉血压的慢性变化【5 3 】。 关于静磁场照射后的生殖与发育效应，值得注意的是某些特定发育阶段对 磁场照射会较为敏感【s 4 1 ，4 7t 【5 5 1 、6 3t 【5 6 j 的静磁场照射对器官发育、胚胎、 子代等均无影响。 1 2 3 3 静磁场的流行病学水平生物效应 由于关于静磁场的流行病学研究很少，而且它与低频电场和射频电流的流 行病学效应不同。通常2t 以上急性强静磁场照射，会给人们带来眩晕、恶心、 6 ，f ：海人学硕i ：学位论文 1 ：3 腔金属味、光幻觉等不良影响【2 9 】。而静磁场照射流行病学主要在以下几种环 境发生：炼铝和氯碱工厂的工人们长期处于4 - 5 0m t 静磁场环境中【5 7 】；磁悬浮 列车地面静磁场强度为5 0m t 5 8 】；m r i 操作者和接受体检病人不仅暴露在静磁 场中，还要暴露在脉冲梯度磁场和射频磁场中【5 9 】。由于缺乏排他性的实验证据， 关于静磁场流行病学的研究成果，还不是很多且证据确凿。 1 3 本研究的意义和设计 1 3 1研究意义 近年来静磁场环境对生物体的影响日益引起人们的关注，磁悬浮列车、核 磁共振、强静磁场冶炼的广泛应用大大增加了人们暴露在静磁场环境中的机会， 特别是1t 以上的强静磁场应用领域越来越广泛【6 0 埘】。2 0 0 7 年，上海磁悬浮优 化方案中，群众对于磁悬浮列车运行时对沿线居民磁场环境影响存在很多争议， 群众表达了要看到生物( 人体) 长期安全性( 生物实验至少两年以上的实验期 试验) 数据意愿。然而，关于强静磁场生物效应目前国内外研究仍处于起步阶 段【6 2 石”，且至今仍无定论。 国内外研究机构和本课题组对强静磁场生理效应的研究结果显示，强静磁 场对生物的生理效应随照射强度和照射时间不同而存在较大差异，甚至出现对 立结论。那么，强静磁场照射对不同生理状态小鼠生理效应是正是负? 在哪些 方面显示正效应，哪些方面是负效应? 负效应与正效应相比是否可以忽略不 计? 经照射后小鼠发生的生理改变，影响效果如何? 这种影响是来源于生物体 的应激反应还是在遗传层面上发生了改变? 其作用机制又如何? 如何控制静磁 场的照射强度及照射时间等等? 以上问题都迫切需要大量科学可靠、准确全面 的实验数据对静磁场的安全性进行客观评估，这就是本研究目前致力于从事的 工作。 通过研究分析不同强度强静磁场照射与不同生理状态小鼠照射后表观指 标、抗氧化酶活力能力、免疫功能等变化的内在联系，进行较为全面的强静磁 场环境生物效应及安全性的评估，为社会公共卫生安全提供可靠数据。目的在 于通过本研究结果，加深对强静磁场生物效应的认识，深入理解强静磁场对不 7 i ：海人学硕f ：学位论文 同生理状态小鼠的影响。在此基础上，归纳总结强静磁场对生物体作用的目标 器官，为强静磁场使用安全性以及临床医学应用提供新的思路。 1 3 2强静磁场的获得 我们知道，强静磁场研究工作进行缓慢的一个原因是强静磁场设备并不常 见【6 4 1 。二十世纪六十年代超导材料的发现，八十年代优质钕铁硼永磁材料的出 现，使人们可以不需耗费很大的电功率就获得大体积持续的强静磁场，发展超 导与永磁强磁场技术是2 0 世纪下半叶电工新技术发展的一个重要方面。强静磁 场是指采用超导技术产生的5t 以上的磁场，同时也包括采用脉冲技术、混合 磁体技术或者超高功率电磁铁技术产生的强静磁场。从时效性和经济的角度考 虑，能长时间经济地维持5t 以上的强静磁场目前还只能依靠超导技术。 超导磁体是利用超导材料在低温条件下( 约2 7 0 ) 零电阻特性( 施加很 小的电压可得到非常大的电流) 制成。超导导线为采用铌钛合金敷铜而成的超 导细丝，将线圈放入液氦中进行低温处理来形成超导环境，其产生的超导磁场 强度比别的磁体要高。磁场强度越高，信号强度越大，信噪比越高( 但不是线 性关系) ，扫描时间短。 本研究采用的强静磁场设备( 图1 1 ) ，由英国牛津公司出品，采用超导强 磁体，竖直方向可产生稳定磁场，磁场中心感应强度在0 1 4t 间连续可调，工 作空间为内径8 0c n l ，长1 1 7 4 锄的竖直圆柱通孔，磁场中心轴向4 0c i l l 范 围内磁感应强度均匀一致，工作空间温度为室温。这为研究强静磁场对小鼠主 要表观和生理指标提供了可能。 i - 3 人学硕， ：学位论文 b 2468l o 1 2 静磁场强度仃) 图1 1 超导强磁场发生器示意图a 超导强磁场设备；b 1 2t 强静磁场强度情况 f i g 1 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fs u